电机状态判断方法及装置的制造方法
电机状态判断方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电机状态判断方法及装置，特别是涉及一种通过对变频器的输出 电流进行采样和分析，来判断电机的运行状态的电机状态判断方法及装置。
【背景技术】
[0002] 通常，在运用变频器驱动异步电机(下面，简称为电机）时，由于电机的转速与电磁 转矩之间的关系即电机的机械特性，以及系统的设备惯性等的原因，有时电机不能够正常 的运行。此时，需要对变频器的参数进行调整，来满足工业现场的要求，弥补一些潜在的问 题，使电机控制系统与机械系统达到最佳的匹配状态。
[0003] 在运用变频器驱动新型的电机时，因上述的机械性能等的原因导致变频器与电机 不完全匹配时，会出现变频器的输出电流过电流的情况。这种过电流的现象会导致变频器 的IGBT等开关元件因电流过大而被损坏，电机也会因励磁电流等过大而被烧坏。
[0004] 为了使电机能够安全、稳定、正常地运行，需要根据在变频器的输出电流过电流时 电机的运行状态，正确地调整变频器的参数。在变频器的输出电流过电流时电机的运行状 态一般有电机堵转和电机过励磁两种情况。
[0005] 当负载过大或者启动频率过高时，电机会出现堵转的现象。在电机出现堵转的情 况下，因电机堵转时功率因数低，堵转电流迅速升高，变频器温度也快速上升。例如，在对电 机进行控制的方式为U/F控制的情况下，根据变频器的输出频率，来判断采取怎样的措施， 即判断对变频器的哪些参数进行调节。当负载过大等导致变频器的输出频率很小(例如，对 于大功率的电机而言，小于5Hz的频率)时，则认为对电机进行控制不适当，使负载驱动的电 磁转矩小于负载转矩，需要增加转矩增益来启动电机。当变频器的输出频率过大时，则认为 在电子的转子的惯性的影响下因变频器的输出频率过大而导致电机的定子与转子的转差 率过大（s = 1)，使得转子无法跟随定子的旋转磁场的速度。因此，此时需要降低变频器的 输出频率，也就是降低定子的旋转磁场的速度，来减小转差率，从而解决电机的堵转问题。
[0006] 当变频器的输出频率改变时，电机的内部阻抗也随之改变，从而会引起励磁电流 的变化，有时这种励磁电流增加过多，使电机出现励磁过强的情况，电机铁芯的磁感应强度 不再显著增加，外加电压高于电机的额定电压，而导致电机产生磁饱和，此时，容易烧坏电 机。在该情况下，需要降低变频器的输出电压，即降低施加给电机的电压，来降低励磁电压， 以降低励磁电流。另一方面，在变频器的输出频率很小时，由于频率的变化率很小，电机的 定子的旋转磁场所产生的电能不能有效地传递给转子，在该情况下，电机所产生的反电动 势很小，也会导致电机出现过励磁现象，此时，需要减小变频器的加速时间，增加变频器的 加速度，使电机快速启动。
[0007] 如上所述，在利用变频器驱动电机时，如果不能够正常地启动电机或者电机的运 行状态出现异常，则需要根据电机的运行状态(是电机堵转还是电机过励磁）来选择适当的 解决方法。
[0008] 然而，由于现场的调试人员难以简单地确认电机的机械性能是否满足当前的工作 状态，也难以获取系统的惯性等因素，从而难以准确、及时地判断出电机的运行状态（即判 断电机是出于堵转还是处于过励磁的状态)。因此，往往在调试上花费很多时间，并且，在调 试的过程中，会浪费太多的电能，不符合环保及节能的要求。甚至，有些缺乏调试经验的调 试人员会盲目地修改一些变频器的参数，致使变频器与机械系统不匹配，而最终导致变频 器损坏。
[0009] 因此，准确、及时地判断电机的运行状态的手段尤为重要。
[0010] 从控制的角度来看，变频器能够得到电机转子的转速信息是实现电机状态判断的 重要手段。已知获得变频器能够得到电机转子的转速信息的最普遍的手段是，在电机轴上 装上速度编码器，然而，这会导致变频器硬件和安装以及设备和维护成本的增加，而且，在 现场中还有限制条件不允许安装速度编码器的情况。
[0011] 在没有安装速度编码器的情况下，需要基于变频器的输出电流即电机定子的电流 来判断电机状态。
【发明内容】
[0012] 本发明提供一种在变频器的输出电流产生过电流时，通过基于采样得到的输出电 流的值和频率而描画出的近似正弦的电流变化曲线，来判断电机状态的电机状态判断方法 及装置。
[0013] 本发明提供一种电机状态判断方法，其用于在运用变频器驱动电机的状态下，对 电机的运行状态进行判断，其特征在于，包括以下的步骤：对变频器的输出电流的电流值和 频率进行采样的采样步骤，根据所采样的所述输出电流的电流值和频率，来描画近似正弦 的电流变化曲线的描画步骤，判断所述输出电流是否过电流的报警步骤，在所述报警步骤 中判断为所述输出电流为过电流的情况下，对所采样的所述输出电流的电流值与所描画出 的所述近似正弦的电流变化曲线进行比较的比较步骤，根据在所述比较步骤中获得的比较 结果，来判断电机的运行状态的判断步骤。
[0014] 在本发明中，优选地，所述采样步骤具有：对所述输出电流的频率进行采样的第一 采样步骤，对所述输出电流的电流值进行采样的第二采样步骤。
[0015] 在本发明中，优选地，所述第一采样步骤包括：通过过零比较器对变频器的所述输 出电流的第一过零点进行采样的步骤，通过过零比较器对变频器的所述输出电流的第二过 零点进行采样的步骤，所述第二过零点为所述第一过零点的下一个过零点，根据所述第一 过零点与所述第二过零点的采样时间，来计算所述输出电流的频率的步骤。
[0016] 在本发明中，优选地，在所述判断步骤中，当所述比较结果为在某个采样点的所述 输出电流的电流值与在所描画出的所述近似正弦的电流变化曲线上的与该采样点对应的 电流值的差值没有超过容许范围时，判断为电机处于堵转的状态，当所述比较结果为在某 个采样点的所述输出电流的电流值与在所描画出的所述近似正弦的电流变化曲线上的与 该采样点对应的电流值的差值超过容许范围时，判断为电机处于过励磁状态。
[0017] 在本发明中，优选地，在所述描画步骤中，运用麦克劳林公式来描画所述输出电流 的近似正弦的电流变化曲线。
[0018] 本发明还提供一种电机状态判断装置，其用于在运用变频器驱动电机的状态下， 对电机的运行状态进行判断，其特征在于，包括：对变频器的输出电流的电流值和频率进行 采样的采样模块，根据所采样的所述输出电流的电流值和频率，来描画近似正弦的电流变 化曲线的描画模块，判断所述输出电流是否过电流的报警模块，在所述报警模块判断为所 述输出电流为过电流的情况下，对所采样的所述输出电流的电流值与所描画出的所述近似 正弦的电流变化曲线进行比较的比较模块，根据所述比较模块的比较结果，来判断电机的 运行状态的判断模块。
[0019] 在本发明中，优选地，所述采样模块具有：对所述输出电流的频率进行采样的第一 采样模块，对所述输出电流的电流值进行采样的第二采样模块。
[0020] 在本发明中，优选地，所述第一采样模块包括过零比较器，通过所述过零比较器对 变频器的所述输出电流的第一过零点进行采样，通过所述过零比较器对变频器的所述输出 电流的第二过零点进行采样，所述第二过零点为所述第一过零点的下一个过零点，所述第 一采样模块根据所述第一过零点与所述第二过零点的采样时间，来计算所述输出电流的频 率。
[0021] 在本发明中，优选地，当所述比较结果为在某个采样点的所述输出电流的电流值 与在所描画出的所述近似正弦的电流变化曲线上的与该采样点对应的电流值的差值没有 超过容许范围时，所述判断模块判断为电机处于堵转的状态，当所述比较结果为在某个采 样点的所述输出电流的电流值与在所描画出的所述近似正弦的电流变化曲线上的与该采 样点对应的电流值的差值超过容许范围时，所述判断模块判断为电机处于过励磁状态。
[0022] 在本发明中，优选地，所述描画装置运用麦克劳林公式来描画所述输出电流的近 似正弦变化曲线。
[0023] 根据本发明的电机状态判断方法及装置，在利用变频器启动电机时，能够简单、快 速地判断出电机的运行状态，以便于做出适当的应对措施。根据本发明，能够降低对调试人 员的调试能力的要求，减少调试电机所需的时间和减少电能的浪费，而且，能够稳定可靠地 运行电机，避免变频器和电机不必要的损坏，充分实现节约成本的目的。
【附图说明】
[0024] 图1是示意性地表示电机在不同的运行状态下的定子电流(变频器的输出电流)的 波形图。
[0025] 图2是表示本实施方式的电机状态判断方法的概括流程图。
[0026] 图3是表示本实施方式中的在对变频器的输出电流的频率进出采样时所使用的 过零比较器的电路图。
[0027] 图4是表示本实施方式的对变频器的输出电流的频率进行采样的流程图。
[0028] 图5是表示本实施方式的电机状态判断装置的框图。
【具体实施 方式】
[0029] 下面，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
[0030] 图1是表示电机在不同的运行状态下的定子电流(变频器的输出电流）的波形图。
[0031] 通常，根据电机的运行状态不同，变频器的输出电流即电机定子电流的波形也不 同。如图1所示，在电机产生堵转的情况下，变频器的输出电流即电机定子电流与变频器的 控制电路发送给变频器的电流的指令值相同(例如，图1中用虚线表示的曲线)，所以在该情 况下，虽然输出电流的值比电机正常运转时的电流值大很多，但变频器的输出电流的波形 仍旧为正弦曲线。另一方面，在电机处于过励磁的情况下，变频器的输出电流即电机定子电 流的波形不是正弦曲线(例如，图1中用实线表示的曲线)，特别是在电机出现磁饱和时，输 出电流迅速地增大，增长到比电机正常运转时的电流值大很多。
[0032] 因此，在运用变频器驱动电机的状态下，为了判断电机的运行状态，需要获取变频 器的输出电流的波形，即需要对变频器的输出电流的电流值和频率进行采样。在本实施方 式中，通过对基于采样得到的输出电流的值和频率而描画出的近似正弦的电流变化曲线与 实际的输出电流进行比较，来判断电机处于哪一种状态。
[0033] 本发明提供了一种用于在运用变频器驱动电机的状态下，对电机的运行状态进行 判断的电机状态判断方法。以下，对该电极状态判断方法进行详细的说明。图2是表示本 实施方式的电机状态判断方法的概括流程图。
[0034] 首先，对变频器的输出电流的频率进行采样(步骤S1)。对输出电流的采样有很多 种方式，在本实施方式中，对变频器(例如，利用LG制造的IP5A)的输出电流的频率进行的 采样，是利用图3示出的硬件电路过零比较器对变频器的输出电流的过零点进行采样来实 现的，但不限于此。由于采用这种方法只需要对输出电流在过零点时的时间进行采样，所以 能够在电机出现异常的情况下，在短时间内快速地对电流进行采样，节省处理的时间。
[0035] 图4是表示本实施方式的对变频器的输出电流的频率进行采样的流程图。如图4 所示，在步骤ST2中，检测变频器的输出电流的一个过零点tl，例如，输出电流从大于0变为 小于〇的时间点，在步骤ST3中，检测输出电流的下一个过零点t2,例如，输出电流从小于0 变为大于〇的时间点。然后在步骤ST4中，通过tl、t2来粗略地计算输出电流的周期，输出 电流的周期=(t2-tl) X2,从而计算出输出电流的频率f。
[0036] 接着，返回图2,在步骤S2中，对变频器的输出电流的电流值进行采样(仅对三相 电流中的一项进行采样即可，例如，对U相的电流Iu进行采样)。对输出电流的电流值进 行的检测可以通过一般的电流传感器或者电流采样电路来进行，例如，可以采用LG制造的 IP5A变频器中固有的用于检测输出电流值的电流采样电路来检测输出电流值。对输出电流 的电流值进行采样的时间间隔是通过在步骤S1中确定的输出电流的周期来决定的，例如， 可以将采样时间间隔A X设定为：采样时间间隔AX =输出电流的周期/n (例如，n=40,即 一个周期内取40个采样点)，从而计算出采样的频率fs，利用该频率fs对输出电流的电流 值I进行采样。
[0037] 在获得了变频器的输出电流的电流值I和频率f之后，描画近似正弦的电流变化 曲线(步骤S3)。描画近似正弦的电流变化曲线的方法有很多种，在此，优选选择计算简单快 速的方法来进行例如，在本实施方式中，运用了无穷级数的理论，具体来说，本发明运用节 省计算时间的麦克劳林公式来表示采样电流，在相位9 =0°时，令} = /;" Casio;/：)，则
[0039] 其中，Im为输出电流的峰值(在上述的对电流值进行采样的步骤S2中获取该输出 电流最大值)，《为角速度(通过公知的公式《 = 2 f来进行计算)，此外，根据对计算的精 度和速度的要求，适当地决定m的值，例如m=4。
[0040] 在上述应用麦克劳林公式描画近似正弦的电流变化曲线的方法中，直接对实际输 出电流的峰值Im进行了采样，但不限于此，可以不直接对实际输出电流的峰值进行采样， 而是先令近似正弦的电流变化曲线的电流峰值为1，由此，能够推测出在电流峰值为1的近 似正弦的电流变化曲线上的与当前周期内的各个采样点对应的电流值。在该情况下，可以 对某个采样点(例如，第一个采样点）的实测电流值进行采样，将该实测电流值除以推测出 的在电流峰值为1的近似正弦的电流变化曲线上的与该采样点对应的电流值而得到的值 假定为该输出电流的峰值，然后，基于该峰值和频率来描画作为后述的判断实际的变频器 的输出电流的状态的近似正弦的电流变化曲线。
[0041] 接着，利用变频器的输出电流的过流保护功能(下面，简称为0CS功能)来检测输出 电流是否异常(步骤S4)。当变频器的0CS功能没有检测出输出电流过电流时，返回到步骤 S1的处理。当变频器的0CS功能报警即检测出输出电流过电流时，前进至步骤S5的处理。
[0042] 接着，根据在步骤S3中描画出的近似正弦的电流曲线，来判断导致变频器的输出 电流（电机定子电流）过电流的原因，即判断电机是处于堵转还是处于过励磁的状态。在步 骤S5中，对根据所采样的当前周期的电流峰值和频率描画出的近似正弦曲线与在当前周 期内的各个采样点的电流值进行比较，当在采样点的电流值与在所描画的近似正弦曲线上 的与该采样点对应的电流值的差值在容许范围内时，认为变频器的输出电流的波形与所描 画的近似正弦的电流变化曲线相同，即判断为电机处于堵转状态。当在采样点的电流值与 在所描画的近似正弦曲线上的与该采样点对应的电流值的差值超出容许范围时，认为在该 采样点的变频器的输出电流没有落在与所描画的近似正弦的电流变化曲线上。
[0043] 具体来说，将在当前周期内的某个采样点xi的实测电流值设为Iu(xi)，将在该采 样点的下一个采样点Xi + l的实测电流值设为III (xi + 1)，根据当前周期的实际的输出电流 的幅值和频率，利用麦克劳林公式描画出的近似正弦曲线在采样点Xi的表达式为I (xi)， 则该近似正弦曲线在当前采样点Xi的切线斜率为I'（xi)，由于两个(采样点Xi和下一个 采样点Xi+l)采样点的时间间隔A X非常小(例如，输出电流的周期/40)，所以认为经过采 样点xi和下一个采样点xi+1的直线的斜率近似于(实际上，稍微小于)在采样点xi的上述 切线斜率I'（xi)。因此，能够通过在采样点xi的切线斜率I'（xi)和在采样点xi的实测 电流值Iu (xi)以及采样时间间隔AX，来推测在近似正弦曲线上的与下一个采样点xi+1 对应的大致电流值Ic (xi+1)，Ic (xi+1) =Iu (xi)+1'（xi) X AX。通过对该电流值Ic (xi+1)与在下一个采样点xi+1的实测电流值Iu (xi+1)进行比较，来判断变频器的实际输 出电流的波形是否与所描画的近似正弦的电流变化曲线相同。
[0044] 在电机产生堵转的情况下，变频器的输出电流的波形与上述近似正弦的电流变化 曲线相似(实际的电流值的绝对值稍微小于根据近似正弦曲线推测出的电流值的绝对值)， 因此，在对在下一个采样点xi+1的实测电流值Iu (xi+1)与在所描画的近似正弦曲线上的 与该下一个采样点xi+1对应的电流值Ic (xi+1)进行比较的结果为Iu (xi+l)-Ic (xi+1) <容许值并且|lu (xi+1) | < |lc (xi+1) |的情况下，判断为电机处于堵转的状态(步骤 S6)。
[0045] 在电机处于过励磁状态的情况下，变频器的输出电流不会落在根据所采样的输出 电流的峰值和频率描画出的近似正弦曲线上，且实际输出电流增加的变化率大于近似正弦 的电流变化曲线的变化率。因此，在对在下一个采样点xi+1的实测电流值Iu (xi+1)与在 所描画的近似正弦曲线上的与该下一个采样点xi+1对应的电流值Ic(xi+1)进行比较的结 果为Iu (xi+l)-Ic (^+1)>容许值的情况下，判断为电机处于过励磁的状态(步骤S7)。
[0046] 由此，在变频器的0CS功能报警即变频器的输出电流过电流的情况下，通过上述 方式对电机的运行状态进行判断，能够确认需要对变频器的哪些参数进行调整，以满足工 业现场的要求。
[0047] 此外，本发明还提供一种用于在运用变频器驱动电机的状态下，对电机的运行状 态进行判断的电机状态判断装置，以下，对该电机状态判断装置进行说明。图5是表示本实 施方式的电机状态判断装置的框图。
[0048] 电机状态判断装置包括：采样模块11，其用于对变频器的输出电流的频率以及电 流值进行采样；描画模块12,其在采样模块11对变频器的输出电流的电流值和频率进行 采样之后，基于根据所采样的当前周期的电流峰值和频率，描画近似正弦的电流变化曲线； 报警模块13,其检测输出电流是否过电流，相当于变频器的输出电流的过流保护功能模块； 比较模块14,其在报警模 块13判断为输出电流过电流的情况下，对描画模块12描画出的近 似正弦曲线与在当前周期内的各个采样点的电流值进行比较；判断模块15,其根据比较模 块14的比较结果，来判断电机的运行状态，即判断电机是处于堵转的状态还是处于过励磁 的状态。
[0049] 另外，如图5所示，采样模块11还可以包括第一采样模块111和第二采样模块 112。其中，第一采样模块111用来对变频器的输出电流的频率f?进行采样，具体来说，可以 采用图3示出的硬件电路过零比较器来作为该第一采样模块111，如上所述，对变频器的输 出电流的相邻两个过零点tl、t2进行采样,通过输出电流的周期=(t2-tl) X2、f=l/周期 的计算式，来获得变频器输出电流的频率f。
[0050] 第二采样模块112用来对变频器的输出电流的电流值I进行采样，如上所述，仅对 三相电流中的一项进行采样即可。采样的时间间隔通过第一采样模块111获得的输出电流 的周期来决定，如上所述，可以将采样时间间隔A X设定为：采样时间间隔AX =输出电流 的周期/n。
[0051] 在通过采样模块11对变频器的输出电流的电流值I和频率f进行采样之后，描画 模块12基于所采样的输出电流的峰值和频率，描画近似正弦的电流变化曲线。本发明的电 机状态判断装置运用无穷级数的理论，例如，如上所述，可以运用麦克老林公式来描画采样 电流的变化曲线。
[0052] 电机状态判断装置的报警模块13基于采样模块11采样得到的变频器的输出电流 的电流值，来检测输出电流是否过电流，当输出电流没有过电流时，报警模块13不输出信 号，当输出电流过电流时，报警模块13输出使比较模块14进行比较动作的比较信号。
[0053] 在比较模块14接收到来自报警模块13的比较信号时，对描画模块12描画出的近 似正弦曲线与在当前周期内的各个采样点的电流值进行比较。
[0054] 当在采样点的电流值与在所描画的近似正弦曲线上的与该采样点对应的电流值 的差值在容许范围内时，认为变频器的输出电流的波形与所描画的近似正弦的电流变化曲 线相同，电机状态判断装置的报警模块13的判断模块15判断为电机处于堵转状态。当在 采样点的电流值与在所描画的近似正弦曲线上的与该采样点对应的电流值的差值超出容 许范围时，认为在该采样点的变频器的输出电流没有落在与所描画的近似正弦的电流变化 曲线上，电机状态判断装置的判断模块15判断为电机处于过励磁状态。具体的判断方式如 上所述，在此，不再赘述。
[0055] 由此，利用本发明的电机状态判断装置也能够在变频器的输出电流过电流的情况 下，判断出电机的运行状态，从而，能够确认需要对变频器的哪些参数进行调整，以满足工 业现场的要求。
[0056] 另外，上述的判断电机运行状态的方法能够作为程序事先存储在变频器的控制电 路的存储介质内，可以在控制电路控制变频器驱动电机的整个过程中运行该判断电机的运 行状态的程序，但由于在电机正常运行时，没有对其电机状态进行判断的必要，所以为了提 高程序的运行速度，优选地，仅在变频器启动电机时，运行该判断电机的运行状态的程序。 在运行该程序之后，可以设定为若电机从起动状态变为正常运行状态，即输出电流没有过 电流，并且电机速度达到一定的转速以上时，结束该判断电机运行状态的程序，返回正常的 运行程序。
[0057] 根据本发明的电机状态判断方法以及电机状态判断装置，在利用变频器驱动电机 的过程中，变频器的输出电流过电流时，能够简单、快速地判断出电机的运行状态和电机转 速的状态，以便于做出适当的应对措施。
[0058] 通过对电机的运行状态进行判断，能够充分发挥变频器的功能，让电机控制实现 自动化，对于不同的电机负载和生产情况，变频器可以自动的与电机负载状况匹配，保证生 产的顺利进行。
[0059] 另外，对于节约型的变频器来说，对电机状态的良好判断会扩大变频器的应用范 围和增大可靠的运行时间，以及极大节省核心器件IGBT及相关部件的成本。
[0060] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与 修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。
【主权项】
1. 一种电机状态判断方法，其用于在运用变频器驱动电机的状态下，对电机的运行状 态进行判断，其特征在于， 包括以下的步骤： 对变频器的输出电流的电流值和频率进行采样的采样步骤， 根据所采样的所述输出电流的电流值和频率，来描画近似正弦的电流变化曲线的描画 步骤， 判断所述输出电流是否过电流的报警步骤， 在所述报警步骤中判断为所述输出电流为过电流的情况下，对所采样的所述输出电流 的电流值与所描画出的所述近似正弦的电流变化曲线进行比较的比较步骤， 根据在所述比较步骤中获得的比较结果，来判断电机的运行状态的判断步骤。2. 如权利要求1所述的电机状态判断方法，其特征在于， 所述采样步骤具有： 对所述输出电流的频率进行采样的第一采样步骤， 对所述输出电流的电流值进行采样的第二采样步骤。3. 如权利要求2所述的电机状态判断方法，其特征在于， 所述第一采样步骤包括： 通过过零比较器对变频器的所述输出电流的第一过零点进行采样的步骤， 通过过零比较器对变频器的所述输出电流的第二过零点进行采样的步骤，所述第二过 零点为所述第一过零点的下一个过零点， 根据所述第一过零点与所述第二过零点的采样时间，来计算所述输出电流的频率的步 骤。4. 如权利要求1所述的电机状态判断方法，其特征在于， 在所述判断步骤中，当所述比较结果为在某个采样点的所述输出电流的电流值与在所 描画出的所述近似正弦的电流变化曲线上的与该采样点对应的电流值的差值没有超过容 许范围时，判断为电机处于堵转的状态， 当所述比较结果为在某个采样点的所述输出电流的电流值与在所描画出的所述近似 正弦的电流变化曲线上的与该采样点对应的电流值的差值超过容许范围时，判断为电机处 于过励磁状态。5. 如权利要求1~4中任一项所述的电机状态判断方法，其特征在于， 在所述描画步骤中，运用麦克劳林公式来描画所述输出电流的近似正弦的电流变化曲 线。6. -种电机状态判断装置，其用于在运用变频器驱动电机的状态下，对电机的运行状 态进行判断，其特征在于， 包括： 对变频器的输出电流的电流值和频率进行采样的采样模块， 根据所采样的所述输出电流的电流值和频率，来描画近似正弦的电流变化曲线的描画 模块， 判断所述输出电流是否过电流的报警模块， 在所述报警模块判断为所述输出电流为过电流的情况下，对所采样的所述输出电流的 电流值与所描画出的所述近似正弦的电流变化曲线进行比较的比较模块， 根据所述比较模块的比较结果，来判断电机的运行状态的判断模块。7. 如权利要求6所述的电机状态判断装置，其特征在于， 所述采样模块具有： 对所述输出电流的频率进行采样的第一采样模块， 对所述输出电流的电流值进行采样的第二采样模块。8. 如权利要求7所述的电机状态判断装置，其特征在于， 所述第一采样模块包括过零比较器， 通过所述过零比较器对变频器的所述输出电流的第一过零点进行采样， 通过所述过零比较器对变频器的所述输出电流的第二过零点进行采样，所述第二过零 点为所述第一过零点的下一个过零点， 所述第一采样模块根据所述第一过零点与所述第二过零点的采样时间，来计算所述输 出电流的频率。9. 如权利要求6所述的电机状态判断装置，其特征在于， 当所述比较结果为在某个采样点的所述输出电流的电流值与在所描画出的所述近似 正弦的电流变化曲线上的与该采样点对应的电流值的差值没有超过容许范围时，所述判断 模块判断为电机处于堵转的状态， 当所述比较结果为在某个采样点的所述输出电流的电流值与在所描画出的所述近似 正弦的电流变化曲线上的与该采样点对应的电流值的差值超过容许范围时，所述判断模块 判断为电机处于过励磁状态。10. 如权利要求6~9中任一项所述的电机状态判断装置，其特征在于， 所述描画装置运用麦克劳林公式来描画所述输出电流的近似正弦变化曲线。
【专利摘要】本发明提供一种电机状态判断方法，在运用变频器驱动电机的状态下，在该电机状态判断方法中，对变频器的输出电流的频率以及电流值进行采样，并且根据所采样的输出电流的频率和电流值，描画输出电流的近似正弦变化曲线，在变频器的输出电流出现异常（过电流）时，通过判断实际测量的输出电流的电流值是否落在所描画出的近似正弦电流变化曲线上，来判断电机的运行状态，若落在正弦电流变化曲线上，则判断为电机处于堵转状态，若没有落在正弦电流变化曲线上，则判断为电流处于过励磁状态。
【IPC分类】G01R23/02, H02P27/04, G01R31/34, G01R19/165
【公开号】CN104898055
【申请号】CN201410077813
【发明人】李哲
【申请人】乐星产电(无锡)有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月4日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电机状态判断方法及装置，特别是涉及一种通过对变频器的输出 电流进行采样和分析，来判断电机的运行状态的电机状态判断方法及装置。
【背景技术】
[0002] 通常，在运用变频器驱动异步电机(下面，简称为电机）时，由于电机的转速与电磁 转矩之间的关系即电机的机械特性，以及系统的设备惯性等的原因，有时电机不能够正常 的运行。此时，需要对变频器的参数进行调整，来满足工业现场的要求，弥补一些潜在的问 题，使电机控制系统与机械系统达到最佳的匹配状态。
[0003] 在运用变频器驱动新型的电机时，因上述的机械性能等的原因导致变频器与电机 不完全匹配时，会出现变频器的输出电流过电流的情况。这种过电流的现象会导致变频器 的IGBT等开关元件因电流过大而被损坏，电机也会因励磁电流等过大而被烧坏。
[0004] 为了使电机能够安全、稳定、正常地运行，需要根据在变频器的输出电流过电流时 电机的运行状态，正确地调整变频器的参数。在变频器的输出电流过电流时电机的运行状 态一般有电机堵转和电机过励磁两种情况。
[0005] 当负载过大或者启动频率过高时，电机会出现堵转的现象。在电机出现堵转的情 况下，因电机堵转时功率因数低，堵转电流迅速升高，变频器温度也快速上升。例如，在对电 机进行控制的方式为U/F控制的情况下，根据变频器的输出频率，来判断采取怎样的措施， 即判断对变频器的哪些参数进行调节。当负载过大等导致变频器的输出频率很小(例如，对 于大功率的电机而言，小于5Hz的频率)时，则认为对电机进行控制不适当，使负载驱动的电 磁转矩小于负载转矩，需要增加转矩增益来启动电机。当变频器的输出频率过大时，则认为 在电子的转子的惯性的影响下因变频器的输出频率过大而导致电机的定子与转子的转差 率过大（s = 1)，使得转子无法跟随定子的旋转磁场的速度。因此，此时需要降低变频器的 输出频率，也就是降低定子的旋转磁场的速度，来减小转差率，从而解决电机的堵转问题。
[0006] 当变频器的输出频率改变时，电机的内部阻抗也随之改变，从而会引起励磁电流 的变化，有时这种励磁电流增加过多，使电机出现励磁过强的情况，电机铁芯的磁感应强度 不再显著增加，外加电压高于电机的额定电压，而导致电机产生磁饱和，此时，容易烧坏电 机。在该情况下，需要降低变频器的输出电压，即降低施加给电机的电压，来降低励磁电压， 以降低励磁电流。另一方面，在变频器的输出频率很小时，由于频率的变化率很小，电机的 定子的旋转磁场所产生的电能不能有效地传递给转子，在该情况下，电机所产生的反电动 势很小，也会导致电机出现过励磁现象，此时，需要减小变频器的加速时间，增加变频器的 加速度，使电机快速启动。
[0007] 如上所述，在利用变频器驱动电机时，如果不能够正常地启动电机或者电机的运 行状态出现异常，则需要根据电机的运行状态(是电机堵转还是电机过励磁）来选择适当的 解决方法。
[0008] 然而，由于现场的调试人员难以简单地确认电机的机械性能是否满足当前的工作 状态，也难以获取系统的惯性等因素，从而难以准确、及时地判断出电机的运行状态（即判 断电机是出于堵转还是处于过励磁的状态)。因此，往往在调试上花费很多时间，并且，在调 试的过程中，会浪费太多的电能，不符合环保及节能的要求。甚至，有些缺乏调试经验的调 试人员会盲目地修改一些变频器的参数，致使变频器与机械系统不匹配，而最终导致变频 器损坏。
[0009] 因此，准确、及时地判断电机的运行状态的手段尤为重要。
[0010] 从控制的角度来看，变频器能够得到电机转子的转速信息是实现电机状态判断的 重要手段。已知获得变频器能够得到电机转子的转速信息的最普遍的手段是，在电机轴上 装上速度编码器，然而，这会导致变频器硬件和安装以及设备和维护成本的增加，而且，在 现场中还有限制条件不允许安装速度编码器的情况。
[0011] 在没有安装速度编码器的情况下，需要基于变频器的输出电流即电机定子的电流 来判断电机状态。
【发明内容】
[0012] 本发明提供一种在变频器的输出电流产生过电流时，通过基于采样得到的输出电 流的值和频率而描画出的近似正弦的电流变化曲线，来判断电机状态的电机状态判断方法 及装置。
[0013] 本发明提供一种电机状态判断方法，其用于在运用变频器驱动电机的状态下，对 电机的运行状态进行判断，其特征在于，包括以下的步骤：对变频器的输出电流的电流值和 频率进行采样的采样步骤，根据所采样的所述输出电流的电流值和频率，来描画近似正弦 的电流变化曲线的描画步骤，判断所述输出电流是否过电流的报警步骤，在所述报警步骤 中判断为所述输出电流为过电流的情况下，对所采样的所述输出电流的电流值与所描画出 的所述近似正弦的电流变化曲线进行比较的比较步骤，根据在所述比较步骤中获得的比较 结果，来判断电机的运行状态的判断步骤。
[0014] 在本发明中，优选地，所述采样步骤具有：对所述输出电流的频率进行采样的第一 采样步骤，对所述输出电流的电流值进行采样的第二采样步骤。
[0015] 在本发明中，优选地，所述第一采样步骤包括：通过过零比较器对变频器的所述输 出电流的第一过零点进行采样的步骤，通过过零比较器对变频器的所述输出电流的第二过 零点进行采样的步骤，所述第二过零点为所述第一过零点的下一个过零点，根据所述第一 过零点与所述第二过零点的采样时间，来计算所述输出电流的频率的步骤。
[0016] 在本发明中，优选地，在所述判断步骤中，当所述比较结果为在某个采样点的所述 输出电流的电流值与在所描画出的所述近似正弦的电流变化曲线上的与该采样点对应的 电流值的差值没有超过容许范围时，判断为电机处于堵转的状态，当所述比较结果为在某 个采样点的所述输出电流的电流值与在所描画出的所述近似正弦的电流变化曲线上的与 该采样点对应的电流值的差值超过容许范围时，判断为电机处于过励磁状态。
[0017] 在本发明中，优选地，在所述描画步骤中，运用麦克劳林公式来描画所述输出电流 的近似正弦的电流变化曲线。
[0018] 本发明还提供一种电机状态判断装置，其用于在运用变频器驱动电机的状态下， 对电机的运行状态进行判断，其特征在于，包括：对变频器的输出电流的电流值和频率进行 采样的采样模块，根据所采样的所述输出电流的电流值和频率，来描画近似正弦的电流变 化曲线的描画模块，判断所述输出电流是否过电流的报警模块，在所述报警模块判断为所 述输出电流为过电流的情况下，对所采样的所述输出电流的电流值与所描画出的所述近似 正弦的电流变化曲线进行比较的比较模块，根据所述比较模块的比较结果，来判断电机的 运行状态的判断模块。
[0019] 在本发明中，优选地，所述采样模块具有：对所述输出电流的频率进行采样的第一 采样模块，对所述输出电流的电流值进行采样的第二采样模块。
[0020] 在本发明中，优选地，所述第一采样模块包括过零比较器，通过所述过零比较器对 变频器的所述输出电流的第一过零点进行采样，通过所述过零比较器对变频器的所述输出 电流的第二过零点进行采样，所述第二过零点为所述第一过零点的下一个过零点，所述第 一采样模块根据所述第一过零点与所述第二过零点的采样时间，来计算所述输出电流的频 率。
[0021] 在本发明中，优选地，当所述比较结果为在某个采样点的所述输出电流的电流值 与在所描画出的所述近似正弦的电流变化曲线上的与该采样点对应的电流值的差值没有 超过容许范围时，所述判断模块判断为电机处于堵转的状态，当所述比较结果为在某个采 样点的所述输出电流的电流值与在所描画出的所述近似正弦的电流变化曲线上的与该采 样点对应的电流值的差值超过容许范围时，所述判断模块判断为电机处于过励磁状态。
[0022] 在本发明中，优选地，所述描画装置运用麦克劳林公式来描画所述输出电流的近 似正弦变化曲线。
[0023] 根据本发明的电机状态判断方法及装置，在利用变频器启动电机时，能够简单、快 速地判断出电机的运行状态，以便于做出适当的应对措施。根据本发明，能够降低对调试人 员的调试能力的要求，减少调试电机所需的时间和减少电能的浪费，而且，能够稳定可靠地 运行电机，避免变频器和电机不必要的损坏，充分实现节约成本的目的。
【附图说明】
[0024] 图1是示意性地表示电机在不同的运行状态下的定子电流(变频器的输出电流)的 波形图。
[0025] 图2是表示本实施方式的电机状态判断方法的概括流程图。
[0026] 图3是表示本实施方式中的在对变频器的输出电流的频率进出采样时所使用的 过零比较器的电路图。
[0027] 图4是表示本实施方式的对变频器的输出电流的频率进行采样的流程图。
[0028] 图5是表示本实施方式的电机状态判断装置的框图。
【具体实施 方式】
[0029] 下面，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
[0030] 图1是表示电机在不同的运行状态下的定子电流(变频器的输出电流）的波形图。
[0031] 通常，根据电机的运行状态不同，变频器的输出电流即电机定子电流的波形也不 同。如图1所示，在电机产生堵转的情况下，变频器的输出电流即电机定子电流与变频器的 控制电路发送给变频器的电流的指令值相同(例如，图1中用虚线表示的曲线)，所以在该情 况下，虽然输出电流的值比电机正常运转时的电流值大很多，但变频器的输出电流的波形 仍旧为正弦曲线。另一方面，在电机处于过励磁的情况下，变频器的输出电流即电机定子电 流的波形不是正弦曲线(例如，图1中用实线表示的曲线)，特别是在电机出现磁饱和时，输 出电流迅速地增大，增长到比电机正常运转时的电流值大很多。
[0032] 因此，在运用变频器驱动电机的状态下，为了判断电机的运行状态，需要获取变频 器的输出电流的波形，即需要对变频器的输出电流的电流值和频率进行采样。在本实施方 式中，通过对基于采样得到的输出电流的值和频率而描画出的近似正弦的电流变化曲线与 实际的输出电流进行比较，来判断电机处于哪一种状态。
[0033] 本发明提供了一种用于在运用变频器驱动电机的状态下，对电机的运行状态进行 判断的电机状态判断方法。以下，对该电极状态判断方法进行详细的说明。图2是表示本 实施方式的电机状态判断方法的概括流程图。
[0034] 首先，对变频器的输出电流的频率进行采样(步骤S1)。对输出电流的采样有很多 种方式，在本实施方式中，对变频器(例如，利用LG制造的IP5A)的输出电流的频率进行的 采样，是利用图3示出的硬件电路过零比较器对变频器的输出电流的过零点进行采样来实 现的，但不限于此。由于采用这种方法只需要对输出电流在过零点时的时间进行采样，所以 能够在电机出现异常的情况下，在短时间内快速地对电流进行采样，节省处理的时间。
[0035] 图4是表示本实施方式的对变频器的输出电流的频率进行采样的流程图。如图4 所示，在步骤ST2中，检测变频器的输出电流的一个过零点tl，例如，输出电流从大于0变为 小于〇的时间点，在步骤ST3中，检测输出电流的下一个过零点t2,例如，输出电流从小于0 变为大于〇的时间点。然后在步骤ST4中，通过tl、t2来粗略地计算输出电流的周期，输出 电流的周期=(t2-tl) X2,从而计算出输出电流的频率f。
[0036] 接着，返回图2,在步骤S2中，对变频器的输出电流的电流值进行采样(仅对三相 电流中的一项进行采样即可，例如，对U相的电流Iu进行采样)。对输出电流的电流值进 行的检测可以通过一般的电流传感器或者电流采样电路来进行，例如，可以采用LG制造的 IP5A变频器中固有的用于检测输出电流值的电流采样电路来检测输出电流值。对输出电流 的电流值进行采样的时间间隔是通过在步骤S1中确定的输出电流的周期来决定的，例如， 可以将采样时间间隔A X设定为：采样时间间隔AX =输出电流的周期/n (例如，n=40,即 一个周期内取40个采样点)，从而计算出采样的频率fs，利用该频率fs对输出电流的电流 值I进行采样。
[0037] 在获得了变频器的输出电流的电流值I和频率f之后，描画近似正弦的电流变化 曲线(步骤S3)。描画近似正弦的电流变化曲线的方法有很多种，在此，优选选择计算简单快 速的方法来进行例如，在本实施方式中，运用了无穷级数的理论，具体来说，本发明运用节 省计算时间的麦克劳林公式来表示采样电流，在相位9 =0°时，令} = /;" Casio;/：)，则
[0039] 其中，Im为输出电流的峰值(在上述的对电流值进行采样的步骤S2中获取该输出 电流最大值)，《为角速度(通过公知的公式《 = 2 f来进行计算)，此外，根据对计算的精 度和速度的要求，适当地决定m的值，例如m=4。
[0040] 在上述应用麦克劳林公式描画近似正弦的电流变化曲线的方法中，直接对实际输 出电流的峰值Im进行了采样，但不限于此，可以不直接对实际输出电流的峰值进行采样， 而是先令近似正弦的电流变化曲线的电流峰值为1，由此，能够推测出在电流峰值为1的近 似正弦的电流变化曲线上的与当前周期内的各个采样点对应的电流值。在该情况下，可以 对某个采样点(例如，第一个采样点）的实测电流值进行采样，将该实测电流值除以推测出 的在电流峰值为1的近似正弦的电流变化曲线上的与该采样点对应的电流值而得到的值 假定为该输出电流的峰值，然后，基于该峰值和频率来描画作为后述的判断实际的变频器 的输出电流的状态的近似正弦的电流变化曲线。
[0041] 接着，利用变频器的输出电流的过流保护功能(下面，简称为0CS功能)来检测输出 电流是否异常(步骤S4)。当变频器的0CS功能没有检测出输出电流过电流时，返回到步骤 S1的处理。当变频器的0CS功能报警即检测出输出电流过电流时，前进至步骤S5的处理。
[0042] 接着，根据在步骤S3中描画出的近似正弦的电流曲线，来判断导致变频器的输出 电流（电机定子电流）过电流的原因，即判断电机是处于堵转还是处于过励磁的状态。在步 骤S5中，对根据所采样的当前周期的电流峰值和频率描画出的近似正弦曲线与在当前周 期内的各个采样点的电流值进行比较，当在采样点的电流值与在所描画的近似正弦曲线上 的与该采样点对应的电流值的差值在容许范围内时，认为变频器的输出电流的波形与所描 画的近似正弦的电流变化曲线相同，即判断为电机处于堵转状态。当在采样点的电流值与 在所描画的近似正弦曲线上的与该采样点对应的电流值的差值超出容许范围时，认为在该 采样点的变频器的输出电流没有落在与所描画的近似正弦的电流变化曲线上。
[0043] 具体来说，将在当前周期内的某个采样点xi的实测电流值设为Iu(xi)，将在该采 样点的下一个采样点Xi + l的实测电流值设为III (xi + 1)，根据当前周期的实际的输出电流 的幅值和频率，利用麦克劳林公式描画出的近似正弦曲线在采样点Xi的表达式为I (xi)， 则该近似正弦曲线在当前采样点Xi的切线斜率为I'（xi)，由于两个(采样点Xi和下一个 采样点Xi+l)采样点的时间间隔A X非常小(例如，输出电流的周期/40)，所以认为经过采 样点xi和下一个采样点xi+1的直线的斜率近似于(实际上，稍微小于)在采样点xi的上述 切线斜率I'（xi)。因此，能够通过在采样点xi的切线斜率I'（xi)和在采样点xi的实测 电流值Iu (xi)以及采样时间间隔AX，来推测在近似正弦曲线上的与下一个采样点xi+1 对应的大致电流值Ic (xi+1)，Ic (xi+1) =Iu (xi)+1'（xi) X AX。通过对该电流值Ic (xi+1)与在下一个采样点xi+1的实测电流值Iu (xi+1)进行比较，来判断变频器的实际输 出电流的波形是否与所描画的近似正弦的电流变化曲线相同。
[0044] 在电机产生堵转的情况下，变频器的输出电流的波形与上述近似正弦的电流变化 曲线相似(实际的电流值的绝对值稍微小于根据近似正弦曲线推测出的电流值的绝对值)， 因此，在对在下一个采样点xi+1的实测电流值Iu (xi+1)与在所描画的近似正弦曲线上的 与该下一个采样点xi+1对应的电流值Ic (xi+1)进行比较的结果为Iu (xi+l)-Ic (xi+1) <容许值并且|lu (xi+1) | < |lc (xi+1) |的情况下，判断为电机处于堵转的状态(步骤 S6)。
[0045] 在电机处于过励磁状态的情况下，变频器的输出电流不会落在根据所采样的输出 电流的峰值和频率描画出的近似正弦曲线上，且实际输出电流增加的变化率大于近似正弦 的电流变化曲线的变化率。因此，在对在下一个采样点xi+1的实测电流值Iu (xi+1)与在 所描画的近似正弦曲线上的与该下一个采样点xi+1对应的电流值Ic(xi+1)进行比较的结 果为Iu (xi+l)-Ic (^+1)>容许值的情况下，判断为电机处于过励磁的状态(步骤S7)。
[0046] 由此，在变频器的0CS功能报警即变频器的输出电流过电流的情况下，通过上述 方式对电机的运行状态进行判断，能够确认需要对变频器的哪些参数进行调整，以满足工 业现场的要求。
[0047] 此外，本发明还提供一种用于在运用变频器驱动电机的状态下，对电机的运行状 态进行判断的电机状态判断装置，以下，对该电机状态判断装置进行说明。图5是表示本实 施方式的电机状态判断装置的框图。
[0048] 电机状态判断装置包括：采样模块11，其用于对变频器的输出电流的频率以及电 流值进行采样；描画模块12,其在采样模块11对变频器的输出电流的电流值和频率进行 采样之后，基于根据所采样的当前周期的电流峰值和频率，描画近似正弦的电流变化曲线； 报警模块13,其检测输出电流是否过电流，相当于变频器的输出电流的过流保护功能模块； 比较模块14,其在报警模 块13判断为输出电流过电流的情况下，对描画模块12描画出的近 似正弦曲线与在当前周期内的各个采样点的电流值进行比较；判断模块15,其根据比较模 块14的比较结果，来判断电机的运行状态，即判断电机是处于堵转的状态还是处于过励磁 的状态。
[0049] 另外，如图5所示，采样模块11还可以包括第一采样模块111和第二采样模块 112。其中，第一采样模块111用来对变频器的输出电流的频率f?进行采样，具体来说，可以 采用图3示出的硬件电路过零比较器来作为该第一采样模块111，如上所述，对变频器的输 出电流的相邻两个过零点tl、t2进行采样,通过输出电流的周期=(t2-tl) X2、f=l/周期 的计算式，来获得变频器输出电流的频率f。
[0050] 第二采样模块112用来对变频器的输出电流的电流值I进行采样，如上所述，仅对 三相电流中的一项进行采样即可。采样的时间间隔通过第一采样模块111获得的输出电流 的周期来决定，如上所述，可以将采样时间间隔A X设定为：采样时间间隔AX =输出电流 的周期/n。
[0051] 在通过采样模块11对变频器的输出电流的电流值I和频率f进行采样之后，描画 模块12基于所采样的输出电流的峰值和频率，描画近似正弦的电流变化曲线。本发明的电 机状态判断装置运用无穷级数的理论，例如，如上所述，可以运用麦克老林公式来描画采样 电流的变化曲线。
[0052] 电机状态判断装置的报警模块13基于采样模块11采样得到的变频器的输出电流 的电流值，来检测输出电流是否过电流，当输出电流没有过电流时，报警模块13不输出信 号，当输出电流过电流时，报警模块13输出使比较模块14进行比较动作的比较信号。
[0053] 在比较模块14接收到来自报警模块13的比较信号时，对描画模块12描画出的近 似正弦曲线与在当前周期内的各个采样点的电流值进行比较。
[0054] 当在采样点的电流值与在所描画的近似正弦曲线上的与该采样点对应的电流值 的差值在容许范围内时，认为变频器的输出电流的波形与所描画的近似正弦的电流变化曲 线相同，电机状态判断装置的报警模块13的判断模块15判断为电机处于堵转状态。当在 采样点的电流值与在所描画的近似正弦曲线上的与该采样点对应的电流值的差值超出容 许范围时，认为在该采样点的变频器的输出电流没有落在与所描画的近似正弦的电流变化 曲线上，电机状态判断装置的判断模块15判断为电机处于过励磁状态。具体的判断方式如 上所述，在此，不再赘述。
[0055] 由此，利用本发明的电机状态判断装置也能够在变频器的输出电流过电流的情况 下，判断出电机的运行状态，从而，能够确认需要对变频器的哪些参数进行调整，以满足工 业现场的要求。
[0056] 另外，上述的判断电机运行状态的方法能够作为程序事先存储在变频器的控制电 路的存储介质内，可以在控制电路控制变频器驱动电机的整个过程中运行该判断电机的运 行状态的程序，但由于在电机正常运行时，没有对其电机状态进行判断的必要，所以为了提 高程序的运行速度，优选地，仅在变频器启动电机时，运行该判断电机的运行状态的程序。 在运行该程序之后，可以设定为若电机从起动状态变为正常运行状态，即输出电流没有过 电流，并且电机速度达到一定的转速以上时，结束该判断电机运行状态的程序，返回正常的 运行程序。
[0057] 根据本发明的电机状态判断方法以及电机状态判断装置，在利用变频器驱动电机 的过程中，变频器的输出电流过电流时，能够简单、快速地判断出电机的运行状态和电机转 速的状态，以便于做出适当的应对措施。
[0058] 通过对电机的运行状态进行判断，能够充分发挥变频器的功能，让电机控制实现 自动化，对于不同的电机负载和生产情况，变频器可以自动的与电机负载状况匹配，保证生 产的顺利进行。
[0059] 另外，对于节约型的变频器来说，对电机状态的良好判断会扩大变频器的应用范 围和增大可靠的运行时间，以及极大节省核心器件IGBT及相关部件的成本。
[0060] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与 修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。
【主权项】
1. 一种电机状态判断方法，其用于在运用变频器驱动电机的状态下，对电机的运行状 态进行判断，其特征在于， 包括以下的步骤： 对变频器的输出电流的电流值和频率进行采样的采样步骤， 根据所采样的所述输出电流的电流值和频率，来描画近似正弦的电流变化曲线的描画 步骤， 判断所述输出电流是否过电流的报警步骤， 在所述报警步骤中判断为所述输出电流为过电流的情况下，对所采样的所述输出电流 的电流值与所描画出的所述近似正弦的电流变化曲线进行比较的比较步骤， 根据在所述比较步骤中获得的比较结果，来判断电机的运行状态的判断步骤。2. 如权利要求1所述的电机状态判断方法，其特征在于， 所述采样步骤具有： 对所述输出电流的频率进行采样的第一采样步骤， 对所述输出电流的电流值进行采样的第二采样步骤。3. 如权利要求2所述的电机状态判断方法，其特征在于， 所述第一采样步骤包括： 通过过零比较器对变频器的所述输出电流的第一过零点进行采样的步骤， 通过过零比较器对变频器的所述输出电流的第二过零点进行采样的步骤，所述第二过 零点为所述第一过零点的下一个过零点， 根据所述第一过零点与所述第二过零点的采样时间，来计算所述输出电流的频率的步 骤。4. 如权利要求1所述的电机状态判断方法，其特征在于， 在所述判断步骤中，当所述比较结果为在某个采样点的所述输出电流的电流值与在所 描画出的所述近似正弦的电流变化曲线上的与该采样点对应的电流值的差值没有超过容 许范围时，判断为电机处于堵转的状态， 当所述比较结果为在某个采样点的所述输出电流的电流值与在所描画出的所述近似 正弦的电流变化曲线上的与该采样点对应的电流值的差值超过容许范围时，判断为电机处 于过励磁状态。5. 如权利要求1~4中任一项所述的电机状态判断方法，其特征在于， 在所述描画步骤中，运用麦克劳林公式来描画所述输出电流的近似正弦的电流变化曲 线。6. -种电机状态判断装置，其用于在运用变频器驱动电机的状态下，对电机的运行状 态进行判断，其特征在于， 包括： 对变频器的输出电流的电流值和频率进行采样的采样模块， 根据所采样的所述输出电流的电流值和频率，来描画近似正弦的电流变化曲线的描画 模块， 判断所述输出电流是否过电流的报警模块， 在所述报警模块判断为所述输出电流为过电流的情况下，对所采样的所述输出电流的 电流值与所描画出的所述近似正弦的电流变化曲线进行比较的比较模块， 根据所述比较模块的比较结果，来判断电机的运行状态的判断模块。7. 如权利要求6所述的电机状态判断装置，其特征在于， 所述采样模块具有： 对所述输出电流的频率进行采样的第一采样模块， 对所述输出电流的电流值进行采样的第二采样模块。8. 如权利要求7所述的电机状态判断装置，其特征在于， 所述第一采样模块包括过零比较器， 通过所述过零比较器对变频器的所述输出电流的第一过零点进行采样， 通过所述过零比较器对变频器的所述输出电流的第二过零点进行采样，所述第二过零 点为所述第一过零点的下一个过零点， 所述第一采样模块根据所述第一过零点与所述第二过零点的采样时间，来计算所述输 出电流的频率。9. 如权利要求6所述的电机状态判断装置，其特征在于， 当所述比较结果为在某个采样点的所述输出电流的电流值与在所描画出的所述近似 正弦的电流变化曲线上的与该采样点对应的电流值的差值没有超过容许范围时，所述判断 模块判断为电机处于堵转的状态， 当所述比较结果为在某个采样点的所述输出电流的电流值与在所描画出的所述近似 正弦的电流变化曲线上的与该采样点对应的电流值的差值超过容许范围时，所述判断模块 判断为电机处于过励磁状态。10. 如权利要求6~9中任一项所述的电机状态判断装置，其特征在于， 所述描画装置运用麦克劳林公式来描画所述输出电流的近似正弦变化曲线。
【专利摘要】本发明提供一种电机状态判断方法，在运用变频器驱动电机的状态下，在该电机状态判断方法中，对变频器的输出电流的频率以及电流值进行采样，并且根据所采样的输出电流的频率和电流值，描画输出电流的近似正弦变化曲线，在变频器的输出电流出现异常（过电流）时，通过判断实际测量的输出电流的电流值是否落在所描画出的近似正弦电流变化曲线上，来判断电机的运行状态，若落在正弦电流变化曲线上，则判断为电机处于堵转状态，若没有落在正弦电流变化曲线上，则判断为电流处于过励磁状态。
【IPC分类】G01R23/02, H02P27/04, G01R31/34, G01R19/165
【公开号】CN104898055
【申请号】CN201410077813
【发明人】李哲
【申请人】乐星产电(无锡)有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月4日
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